JP2006023847A - Automatic controller - Google Patents

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JP2006023847A JP2004199666A JP2004199666A JP2006023847A JP 2006023847 A JP2006023847 A JP 2006023847A JP 2004199666 A JP2004199666 A JP 2004199666A JP 2004199666 A JP2004199666 A JP 2004199666A JP 2006023847 A JP2006023847 A JP 2006023847A
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Yoshiyuki Urakawa
禎之 浦川
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic control method which can efficiently compute a control parameter even in a control system in which a large dead time factor of one sampling time or more exists, and can acquire desired control performance. <P>SOLUTION: In the automatic control method for performing motion control of the angle or position of a controlled object in a closed-loop toward a desired value based on a generated control signal, a difference signal is generated according to a difference between the angle or position of the controlled object at present and its desired value, a control parameter for performing motion control of the controlled object is computed, and on the basis of a control function using the computed control parameter, a control signal is generated by performing predetermined arithmetic processing regarding the generated difference signal. From a pole of a closed-loop transfer function in the closed-loop and on the basis of an arithmetic expression including the dead time factor in the closed-loop, the control parameter is computed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成される自動制御装置及び方法、またこの自動制御装置に対して制御パラメータを供給するための制御パラメータ生成装置及び方法に関する。   The present invention relates to an automatic control device and method configured by a closed loop for controlling an operation of an angle or a position of a control target toward a target value, and a control parameter generation device for supplying control parameters to the automatic control device, and Regarding the method.

従来より、比例動作、積分動作並びに微分動作の制御を組み合わせて制御対象を制御するPID制御装置が提案されている。   Conventionally, there has been proposed a PID control device that controls an object to be controlled by combining control of proportional operation, integration operation, and differentiation operation.

このPID制御装置を構成する制御系における制御パラメータ調整は、比例ゲインK、微分ゲインK、積分ゲインK等を試行錯誤的に変更しつつ応答を評価することで行っていたが、かかる制御パラメータと応答との関係が明確でないため、その調整につき熟練が必要となり、またこれにつき多大な時間を費やさなければならないという問題点もあった。 The control parameter adjustment in the control system constituting the PID control device is performed by evaluating the response while changing the proportional gain K p , the differential gain K d , the integral gain K i, etc. by trial and error. Since the relationship between the control parameter and the response is not clear, there is a problem that skill is required for the adjustment, and a great deal of time is required for this.

更に、この試行錯誤による制御パラメータ調整では、制御系における性能の限界を識別することができない。即ち、調整を実行してみてある程度以上の性能が得られない場合には、より最適な制御パラメータを模索することなく、それが限界と判断せざるを得なかった。   Furthermore, the control parameter adjustment by trial and error cannot identify the performance limit in the control system. In other words, if performance exceeding a certain level is not obtained after executing the adjustment, it has been determined that this is a limit without searching for a more optimal control parameter.

このため、かかる問題点を解決すべく、従来においてPID制御を適用した制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1においては、制御パラメータの調整を容易に実行すべく、制御系の伝達関数の極、零点から変数変換により制御パラメータを算出する方法も開示されている。   For this reason, in order to solve such a problem, a control device to which PID control is applied has been proposed in the past (for example, see Patent Document 1). In this Patent Document 1, a method of calculating a control parameter by variable conversion from the pole and zero of a transfer function of a control system is also disclosed in order to easily adjust the control parameter.

図18は、この特許文献1において提案されている制御装置の構成を示している。この制御装置8は、減算器31,フィードフォワード(FF)制御演算部32,フィードバック(FB)制御演算部33,加算器34とを有する制御演算部98と、D/A変換器36と、変数変換部37と、変数設定部38と、最適極配置演算部39と、サンプラ104とからなる制御器300を有し、モータドライバ42を介してモータ41を制御し、その制御結果がエンコーダ200によって位置信号として検出されて、減算器31に負帰還される。   FIG. 18 shows the configuration of the control device proposed in Patent Document 1. The control device 8 includes a control calculation unit 98 having a subtractor 31, a feedforward (FF) control calculation unit 32, a feedback (FB) control calculation unit 33, and an adder 34, a D / A converter 36, a variable The controller 300 includes a conversion unit 37, a variable setting unit 38, an optimum pole arrangement calculation unit 39, and a sampler 104. The motor 41 is controlled via the motor driver 42, and the control result is obtained by the encoder 200. It is detected as a position signal and negatively fed back to the subtractor 31.

この制御装置8は、アクチュエータとしてモータを用いて産業用ロボットのアーム等の制御対象を制御する装置であって、サンプリング制御理論に基づくサンプリング制御を前提とし、目標指令に対するフィードフォワード制御、及び目標指令と実際の検出信号との偏差に対するフィードバック制御とを組み合わせた制御を行う。これらフィードバック制御とフィードフォワード制御に、上述した制御パラメータK、K、Kを用いている。フィードバック制御式とフィードフォワード制御式をそれぞれ式(72),式(73)に示す。 This control device 8 is a device that controls a controlled object such as an arm of an industrial robot using a motor as an actuator, and is based on sampling control based on a sampling control theory, and feedforward control with respect to a target command, and a target command And a control that combines feedback control with respect to the deviation from the actual detection signal. These feedback control and the feedforward control, the control parameter K p as described above, K d, are used K i. The feedback control formula and the feedforward control formula are shown in formula (72) and formula (73), respectively.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

この制御装置8は、各制御パラメータK、K、Kに加え、0次フィードフォワードゲインα、1次(速度)フィードフォワードゲインβ等の制御パラメータの調整を容易に実行すべく、変数変換部37,変数設定部38,最適極配置演算部39を用いて制御系の伝達関数の極、零点から変数変換により制御パラメータを算出する。即ち、この制御装置8は、具体的には、図19に示すz座標系における極、零点の指令値a,b,c,f,gに応じて制御パラメータを算出する。算出した制御パラメータはFF制御演算部32並びにFB制御演算部33において実際の制御に使用される。 The control unit 8, the control parameters K p, K d, was added to the K i, 0-order feedforward gain alpha, in order to easily perform the adjustment of the primary (speed) feed control parameters such as forward gain beta, variable Control parameters are calculated by variable conversion from the poles and zeros of the transfer function of the control system using the conversion unit 37, variable setting unit 38, and optimum pole arrangement calculation unit 39. That is, the control device 8 specifically calculates control parameters according to the command values a, b, c, f, and g of the poles and zeros in the z coordinate system shown in FIG. The calculated control parameter is used for actual control in the FF control calculation unit 32 and the FB control calculation unit 33.

即ち、この制御装置8は、各制御パラメータK,K,K,α,βを適切に設定することにより、比例動作、微分動作、積分動作に応じて制御対象をより良好に制御することができ、制御パラメータを決定するための最適極配置演算により試行錯誤によらず最適な制御パラメータを求めることが可能となる。 That is, the control device 8 appropriately controls the control parameters K p , K d , K i , α, β to better control the control target according to the proportional operation, the differential operation, and the integration operation. It is possible to obtain the optimal control parameter without trial and error by the optimal pole placement calculation for determining the control parameter.

また、従来においては、例えば特許文献2に示すような適応制御型制御装置も提案されている。この従来の適応制御型制御装置では、最適極配置演算部39において、4重極を想定した極配置式、即ちzの5次式に基づいて演算を行うため、最適極配置のための演算量が、従来のような2重の繰り返し計算を行う場合と比較して少なくなることから、かかる最適極配置の算出をより簡便かつ迅速に行うことができる。また、性能の限界を把握した上で調整することができ、効率的な制御パラメータ調整を行うことが可能となる。   Conventionally, an adaptive control type control apparatus as shown in Patent Document 2, for example, has also been proposed. In this conventional adaptive control type control device, the optimum pole placement calculation unit 39 performs computation based on a pole placement formula assuming a quadrupole, that is, a quintic equation of z. However, since this is less than the conventional case of performing double iterative calculation, it is possible to calculate the optimum pole arrangement more easily and quickly. Further, it is possible to make adjustment after grasping the limit of performance, and it is possible to perform efficient control parameter adjustment.

特開平8−171402号公報JP-A-8-171402 特開2000−322104号公報JP 2000-322104 A

しかしながら、上述した制御パラメータの算出においては、1サンプリング時間の演算時間遅れのみを想定したものであるため、実際の制御系において1サンプリング時間より大きいむだ時間要素がある場合には、極零配置で指定した応答と実際の応答にずれが生じ、必ずしも正確に応答を指定することができない。また、性能の限界も制御パラメータから得られる限界より低くなることから、かかる限界をよく把握できない状態で調整を続行するため、制御パラメータの調整効率を向上させることができない。   However, since the calculation of the control parameter described above assumes only a calculation time delay of one sampling time, if there is a dead time element larger than one sampling time in the actual control system, the pole-zero arrangement is used. There is a difference between the specified response and the actual response, and the response cannot always be specified accurately. Further, since the limit of performance is lower than the limit obtained from the control parameter, the adjustment is continued in a state where the limit cannot be grasped well, so that the adjustment efficiency of the control parameter cannot be improved.

特にディジタル化されたPID制御系においては、何らかの理由で1サンプリング時間より大きいむだ時間要素が存在することは珍しいことではなく、かかる制御パラメータの調整効率における改善の要請は、依然として大きかった。   In particular, in a digitized PID control system, it is not uncommon that a dead time element larger than one sampling time exists for some reason, and a demand for improvement in the adjustment efficiency of such control parameters is still great.

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、1サンプリング時間よりも大きいむだ時間要素の存在する制御系においても効率よく制御パラメータを演算することができ、所望の制御性能を得ることが可能な自動制御装置及び方法、並びに制御パラメータを演算してこれを当該自動制御装置へ供給するための制御パラメータ生成装置及び方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and can control a control parameter efficiently even in a control system in which a dead time element larger than one sampling time is present. It is an object of the present invention to provide an automatic control apparatus and method capable of obtaining control performance, and a control parameter generation apparatus and method for calculating control parameters and supplying them to the automatic control apparatus.

本発明者は、上述した課題を解決するために、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて制御系を制御する自動制御装置及び方法並びに制御パラメータ生成装置及び方法を発明した。   In order to solve the above-mentioned problem, the present inventor is based on a control function using a control parameter calculated from a pole of a closed loop transfer function in a closed loop based on an arithmetic expression including a time delay element in the automatic control device. An automatic control apparatus and method for controlling a control system and a control parameter generation apparatus and method have been invented.

即ち、本発明を適用した自動制御装置は、上述した課題を解決するために、生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成される自動制御装置において、制御対象の現時点における角度又は位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成手段と、制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するとともに、演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて、差分信号生成手段により生成された差分信号につき所定の演算処理を施すことにより制御信号を生成する制御演算手段とを備え、制御演算手段は、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、制御パラメータを演算する。   That is, the automatic control apparatus to which the present invention is applied is an automatic control composed of a closed loop that controls the angle or position of the control target toward the target value based on the generated control signal in order to solve the above-described problem. In the apparatus, the difference signal generating means for generating a difference signal according to the difference of the current angle or position of the control target with respect to the target value, the control parameter for controlling the operation of the control target, and the calculated control parameter Control calculation means for generating a control signal by performing a predetermined calculation process on the difference signal generated by the difference signal generation means based on the control function using the control signal, the control calculation means is a closed loop transfer function in the closed loop From the poles, the control parameter is calculated based on an arithmetic expression including a time delay element in the automatic control device.

また、本発明を適用した自動制御方法は、上述した課題を解決するために、生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて閉ループで動作制御する自動制御方法において、制御対象の現時点における角度又は位置の目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成ステップと、制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するとともに、演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて、上記差分信号生成ステップにおいて生成した差分信号につき所定の演算処理を施すことにより制御信号を生成する制御演算ステップとを有し、制御演算ステップでは、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該閉ループにおけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、制御パラメータを演算する。   Further, an automatic control method to which the present invention is applied is an automatic control method for controlling the angle or position of a control target toward a target value in a closed loop based on a generated control signal in order to solve the above-described problem. A difference signal generation step for generating a difference signal according to a difference of the current angle or position of the control target with respect to a target value, a control parameter for controlling the operation of the control target, and a control using the calculated control parameter And a control calculation step of generating a control signal by performing a predetermined calculation process on the difference signal generated in the difference signal generation step based on the function, and in the control calculation step, from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop The control parameter is calculated based on an arithmetic expression including a dead time element in the closed loop.

また、本発明を適用した制御パラメータ生成装置は、上述した課題を解決するために、生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成され、制御対象の現時点における角度又は位置の目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成手段と、差分信号生成手段により生成された差分信号につき、制御関数に基づいて所定の演算処理を施すことにより制御信号を生成する制御手段とを有する制御装置に対して、制御関数を構成する制御パラメータを供給するための制御パラメータ生成装置において、制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するパラメータ演算手段を備え、パラメータ演算手段は、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて制御パラメータを演算する。   Further, in order to solve the above-described problem, the control parameter generation device to which the present invention is applied is configured by a closed loop that controls the operation of an angle or a position of a control target toward a target value based on the generated control signal. A difference signal generation unit that generates a difference signal according to a difference of the target angle or position with respect to a target value at the present time, and a predetermined calculation process based on a control function for the difference signal generated by the difference signal generation unit Parameter calculation for calculating a control parameter for controlling the operation of a controlled object in a control parameter generation device for supplying a control parameter constituting a control function to a control device having a control means for generating a control signal by Means for calculating the parameter from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop to the automatic control device. Kicking calculates the control parameter based on the arithmetic expression including a dead time element.

また、本発明を適用した制御パラメータ生成方法は、上述した課題を解決するために、生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成され、制御対象の現時点における角度又は位置の目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成部と、差分信号生成部により生成された差分信号につき、制御関数に基づいて所定の演算処理を施すことにより制御信号を生成する制御部とを有する制御装置に対して上記制御関数を構成する制御パラメータを供給するための制御パラメータ生成方法において、制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するパラメータ演算ステップを有し、制御パラメータ演算ステップでは、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、制御パラメータを演算する。   In addition, the control parameter generation method to which the present invention is applied includes a closed loop that controls the operation of the angle or position of the control target toward the target value based on the generated control signal in order to solve the above-described problem. A difference signal generation unit that generates a difference signal according to a difference with respect to a target value of an angle or a position of a target at the present time point, and a predetermined calculation process is performed on the difference signal generated by the difference signal generation unit based on a control function Parameter calculation method for calculating a control parameter for controlling the operation of a controlled object in a control parameter generation method for supplying a control parameter constituting the control function to a control device having a control unit for generating a control signal by A control parameter calculation step, from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop, the control Based on the arithmetic expression including a dead time element in the location, it calculates the control parameter.

本発明では、閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて制御系を制御する。これにより、むだ時間要素が大きい制御系において、制御できない極は増えるものの、制御パラメータの個数分だけは正確に極を指定することができ、閉ループ伝達関数の極位置で直接的に制御特性を指定し、極配置法で制御パラメータを求めることができる。このとき、サンプリング時間の整数倍に近似したむだ時間を含めた閉ループ伝達関数より導出される極配置式(演算式)に則って制御パラメータを算出することで、正確に極配置を実現することができ、所望の制御性能を得ることができる。   In the present invention, the control system is controlled based on the control function using the control parameter calculated based on the arithmetic expression including the time delay element in the automatic control device from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop. As a result, in a control system with a large dead time element, the number of poles that cannot be controlled increases, but the poles can be specified exactly as many as the number of control parameters, and the control characteristics can be specified directly at the pole positions of the closed-loop transfer function. In addition, the control parameter can be obtained by the pole placement method. At this time, the pole placement can be realized accurately by calculating the control parameter according to the pole placement formula (calculation formula) derived from the closed loop transfer function including the dead time approximated to an integral multiple of the sampling time. The desired control performance can be obtained.

以下、本発明を実施するための最良の形態として、生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成される自動制御装置について、モータにかかる回転系を例に挙げて説明をする。ちなみに本発明は、
要旨を逸脱しない範囲で、モータ以外の回転系や直動系に適用可能であることは言うまでもない。
Hereinafter, as the best mode for carrying out the present invention, an automatic control device configured by a closed loop that controls an angle or a position of a control target toward a target value based on a generated control signal is applied to a motor. The system will be described as an example. By the way, the present invention
Needless to say, the present invention can be applied to rotating systems other than motors and linear motion systems without departing from the gist.

この自動制御装置1は、図1に示すように、所定の演算処理を実行することにより制御信号を出力する制御演算部10と、上記制御演算部10における制御関数に必要な制御パラメータを生成する制御パラメータ生成部18と、この制御パラメータ生成部18において生成する制御パラメータを実際に算出する制御パラメータ算出部20と、制御パラメータ算出部20に対して数値設定を行う極零配置入力部30と、制御パラメータ算出部20に接続される安定判別部40と、接続された安定判別部40における安定判別の結果を表示するための表示部111と、制御演算部10から出力されたディジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するD/A変換回路50と、D/A変換回路50から出力されるディジタル制御信号に応じて駆動モータMに供給する電力を調整するモータドライバ60と、駆動モータMの回転角度を検出するエンコーダ70と、エンコーダ70により検出された回転角度を一定周期でサンプリングするサンプラ回路80とを備えている。   As shown in FIG. 1, the automatic control device 1 generates a control calculation unit 10 that outputs a control signal by executing predetermined calculation processing, and generates control parameters necessary for a control function in the control calculation unit 10. A control parameter generation unit 18; a control parameter calculation unit 20 that actually calculates control parameters generated by the control parameter generation unit 18; a zero-zero arrangement input unit 30 that sets numerical values for the control parameter calculation unit 20; The stability determination unit 40 connected to the control parameter calculation unit 20, the display unit 111 for displaying the result of the stability determination in the connected stability determination unit 40, and the digital control signal output from the control calculation unit 10 are analog A D / A conversion circuit 50 for converting the control signal into a control signal, and a drive mode according to the digital control signal output from the D / A conversion circuit 50. A motor driver 60 for adjusting the power supplied to the motor M, and includes an encoder 70 for detecting the rotation angle of the drive motor M, and a sampler circuit 80 for sampling the rotation angle detected by the encoder 70 at a constant period.

制御演算部10は、比例動作、微分動作及び積分動作を組み合わせたPID動作による制御信号を出力するものであって、フィードフォワード(FF)制御演算部11と、フィードバック(FB)制御演算部12と、第1の加算回路13と、第2の加算回路14とを備えている。   The control calculation unit 10 outputs a control signal by a PID operation that combines a proportional operation, a differentiation operation, and an integration operation. The control calculation unit 10 includes a feedforward (FF) control calculation unit 11, a feedback (FB) control calculation unit 12, , A first adder circuit 13 and a second adder circuit 14 are provided.

FF制御演算部11及びFB制御演算部12は、それぞれ図1に示すような制御関数を備えており、それぞれの制御関数の制御パラメータとして、比例ゲインK、微分ゲインK、積分ゲインK、フィードフォワードゲインα、速度フィードフォワードゲインβの5つを有する。ちなみにTは、サンプラ回路80におけるサンプル周期を示すものである。 Each of the FF control calculation unit 11 and the FB control calculation unit 12 includes a control function as shown in FIG. 1, and a proportional gain K p , a differential gain K d , and an integral gain K i as control parameters of the respective control functions. , Feed forward gain α and velocity feed forward gain β. Incidentally, T indicates a sample period in the sampler circuit 80.

FF制御演算部11は、外部から入力された目標角度r及び図1中に示した制御関数により、駆動モータMの回転動作をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御データを生成し、このフィードフォワード制御データを第2の加算回路14に対して出力する。   The FF control calculation unit 11 generates feedforward control data for feedforward control of the rotation operation of the drive motor M based on the target angle r inputted from the outside and the control function shown in FIG. Is output to the second adder circuit 14.

第1の加算回路13は、サンプラ回路80から入力された駆動モータMの回転角度データと目標角度rとを加算し、その加算結果を角度誤差eとしてFB制御回路12に対して出力する。   The first addition circuit 13 adds the rotation angle data of the driving motor M input from the sampler circuit 80 and the target angle r, and outputs the addition result to the FB control circuit 12 as an angle error e.

FB制御演算部12は、第1の加算回路13により加算された角度誤差e及び図1に示した制御関数に基づいて、駆動モータMの回転動作をフィードバック制御するフィードバック制御データを生成し、この生成したフィードバック制御データを第2の加算回路14に対して出力する。   The FB control calculation unit 12 generates feedback control data for feedback control of the rotational operation of the drive motor M based on the angle error e added by the first addition circuit 13 and the control function shown in FIG. The generated feedback control data is output to the second adder circuit 14.

第2の加算回路14は、FF制御演算部11により生成されたフィードフォワード制御データ及びFB制御演算部12により生成されたフィードバック制御データを加算し、その加算結果を制御信号としてD/A変換回路50に対して出力する。   The second addition circuit 14 adds the feedforward control data generated by the FF control calculation unit 11 and the feedback control data generated by the FB control calculation unit 12, and uses the addition result as a control signal as a D / A conversion circuit. 50 is output.

D/A変換回路50は、制御演算部10から出力されたディジタル形式の制御信号をアナログ形式の制御信号に変換し、このアナログ化された制御信号をモータドライバ60に対して出力する。   The D / A conversion circuit 50 converts the digital control signal output from the control arithmetic unit 10 into an analog control signal, and outputs the analog control signal to the motor driver 60.

モータドライバ60は、このアナログ化された制御信号に基づいて駆動モータMに供給する電力を調節することにより、駆動モータMの回転動作を制御する。   The motor driver 60 controls the rotation operation of the drive motor M by adjusting the electric power supplied to the drive motor M based on the analog control signal.

エンコーダ70は、駆動モータMの回転角度yを検出する。サンプラ回路80は、エンコーダ70により検出された駆動モータMの回転角度yを一定周期Tでサンプリングし、回転角度データとして出力する。   The encoder 70 detects the rotation angle y of the drive motor M. The sampler circuit 80 samples the rotation angle y of the drive motor M detected by the encoder 70 at a constant period T and outputs it as rotation angle data.

制御パラメータ算出部20は、制御演算部10のそれぞれの制御関数に用いられる制御パラメータK,K,K,α,βを極零配置入力部30により指定された数値に基づいて演算し、その演算結果を制御演算部10に対して出力する。 The control parameter calculation unit 20 calculates the control parameters K p , K d , K i , α, and β used for each control function of the control calculation unit 10 based on the numerical values specified by the pole-zero arrangement input unit 30. The calculation result is output to the control calculation unit 10.

即ち、この制御パラメータ生成部18は、極零配置入力部30において閉ループ伝達関数における所望の極零配置を入力し、制御パラメータ算出部20において、上記極零配置を実現する制御パラメータを算出する。このとき、制御パラメータ算出時において算出される配置できない極のみ展開して得られる多項式の係数を用いて、安定判別部40にて安定判別を行い、かかる判別結果を表示部111へ表示する。安定であれば、その旨制御パラメータ算出部20へ通知し、かかる通知を受けた制御パラメータ算出部20は、算出した制御パラメータを制御演算部10へ転送することにより、サーボ制御が実行されることになる。   That is, the control parameter generation unit 18 inputs a desired pole-zero arrangement in the closed-loop transfer function in the pole-zero arrangement input unit 30, and the control parameter calculation unit 20 calculates a control parameter for realizing the pole-zero arrangement. At this time, stability determination is performed by the stability determination unit 40 using only the coefficients of the polynomial obtained by developing only the poles that cannot be arranged, which are calculated when calculating the control parameter, and the determination result is displayed on the display unit 111. If stable, the control parameter calculation unit 20 is notified to that effect, and the control parameter calculation unit 20 that has received the notification transfers the calculated control parameter to the control calculation unit 10 so that the servo control is executed. become.

次に、本発明を適用した自動制御装置1における極零配置式の算出方法につき説明をする。ちなみに、この極零配置式の算出方法は、特開2000−322103号に開示されているものとほぼ同一である。   Next, a calculation method of the pole-zero arrangement formula in the automatic control device 1 to which the present invention is applied will be described. Incidentally, the calculation method of this pole-zero arrangement formula is almost the same as that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-322103.

先ず、1サンプリング時間のむだ時間要素がある場合における極零配置式を求める。図2は、本発明を適用した自動制御装置1により構成される制御系をディジタル2自由度PID制御ブロック図で表している。この図2におけるブロック図において、制御パラメータ生成部18は省略してある。かかる場合において、先ず制御対象としての駆動モータMを0次ホルダと併せてz変換した離散系伝達関数P(z)は(1)式で表される。   First, a pole-zero arrangement formula when there is a dead time component of one sampling time is obtained. FIG. 2 is a digital 2-degree-of-freedom PID control block diagram showing a control system constituted by the automatic control apparatus 1 to which the present invention is applied. In the block diagram of FIG. 2, the control parameter generation unit 18 is omitted. In such a case, first, a discrete transfer function P (z) obtained by z-transforming the drive motor M as a control target together with the 0th-order holder is expressed by equation (1).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

ここで(1)式における定数P,A,Bについては、一次遅れ要素の時定数をT0、1次遅れ要素のゲインをK、サンプリング時間をTとして(2)〜(4)式に基づいて算出される。   Here, the constants P, A, and B in the equation (1) are based on the equations (2) to (4), where the time constant of the first-order lag element is T0, the gain of the first-order lag element is K, and the sampling time is T. Calculated.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

また、図2に示す制御系の閉ループ伝達関数は、(5)式で表される。 Further, the closed loop transfer function of the control system shown in FIG. 2 is expressed by equation (5).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

この(5)式においては、分母が5次式であるため、極が5つ存在することになる。この分母式に関与する制御パラメータは、K,K,Kの3つである。また、(5)式は分子が3次式であり零点が3つ存在する。但し、(5)式中の(Bz+A)により生ずる零点は制御パラメータによらず一定の位置にある。制御パラメータにより配置できる零点はG(z)により生じる2つの零点で、関与する制御パラメータはK,K,α,βの4つである。 In this equation (5), since the denominator is a quintic equation, there are five poles. Control parameters involved in the denominator equation is three K p, K d, K i . Further, in the formula (5), the numerator is a cubic formula and there are three zeros. However, the zero point generated by (Bz + A) in the equation (5) is at a fixed position regardless of the control parameter. The zeros that can be arranged by the control parameters are two zeros generated by G z (z), and the four control parameters that are involved are K d , K i , α, and β.

ここで、極に関しては3つの制御パラメータで5つの極を配置するので、2つ配置できない極が生じる。零点に関しては4つの制御パラメータが関与しているが、このうちK,Kは極配置により決まるので、零点の配置のためだけに使える制御パラメータはα、βの2つとなる。ここで配置したい零点は2つなのでα、βにより自由に配置できることがわかる。 Here, with respect to the poles, five poles are arranged with three control parameters, so that two poles cannot be arranged. Regarding the zero point, four control parameters are involved. Of these, K d and K i are determined by the pole arrangement, so there are two control parameters α and β that can be used only for the zero point arrangement. Since there are two zeros to be arranged here, it can be seen that they can be arranged freely by α and β.

以上より、本発明を適用した自動制御装置1では、以下に説明するように極零配置を行う。即ち、極に関しては3つの極の位置を指定し、制御パラメータK,K,Kを取得する。また、零点に関しては2つの零点の位置を指定し、制御パラメータα、βを取得する。このとき、配置できない2つの極についての情報も出力されることから、安定判別部40は、これをもとに安定判別を行う。 As described above, the automatic control device 1 to which the present invention is applied performs pole-zero arrangement as described below. That is, for the poles, the positions of the three poles are designated, and the control parameters K p , K d , and Ki are acquired. For the zero point, the positions of the two zero points are specified, and the control parameters α and β are acquired. At this time, since information on two poles that cannot be arranged is also output, the stability determination unit 40 performs stability determination based on the information.

かかる安定判別を行う場合においては、先ず極を配置する式を算出する。配置できる3つの極をp,p,pとし、配置できない極をq,qとしたとき、閉ループ伝達関数は(6)式で表される。 In the case of performing such stability determination, first, an equation for arranging the poles is calculated. When the three poles that can be placed are p 1 , p 2 , and p 3 and the poles that cannot be placed are q 1 and q 2 , the closed-loop transfer function is expressed by equation (6).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

ここでp,p,pは複素数でも良い。但し、1つの極が複素数である場合は残りの2極のうち一つは共役な複素数である必要がある。 Here, p 1 , p 2 , and p 3 may be complex numbers. However, when one pole is a complex number, one of the remaining two poles needs to be a conjugate complex number.

また、(5)式と(6)式の分母式が等しくなるように作成した係数比較式は、以下の(7)式から(11)式で表される。   In addition, coefficient comparison expressions created so that the denominators of the expressions (5) and (6) are equal are expressed by the following expressions (7) to (11).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

これより、K,K,K,Q,Qが算出されるよう、式を解くと、(12)〜(16)式の極配置式が得られる。 From this, when the equations are solved so that K p , K d , K i , Q 1 , Q 2 are calculated, the pole placement equations (12) to (16) are obtained.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

これにより、制御パラメータ算出部20は、(12)〜(16)式に基づいて、入力p,p,pに対してK,K,K,Q,Qを出力する演算手段として実現される。また安定判別部40は、(17)式の全ての根が単位円内にあるかどうかを安定判別する装置として実現される。 As a result, the control parameter calculation unit 20 outputs K p , K d , K i , Q 1 , Q 2 with respect to the inputs p 1 , p 2 , p 3 based on the equations (12) to (16). It is realized as a computing means. The stability determination unit 40 is realized as a device that stably determines whether all the roots of the equation (17) are within the unit circle.

以上のように、配置できない極q,qを算出しなくても、これを展開して得られる多項式の係数Q,Qを算出することで、制御パラメータK,K,Kが算出されることが確認できる。また上記多項式である(17)式に、Juryの方法、又はSchur-Cohnの方法など、ディジタル制御系の安定判別法として一般的な手法を用いることにより、配置できない極q,qを算出することなく、安定判別を行うことができる。 As described above, the control parameters K p , K d , K 2 can be obtained by calculating the coefficients Q 1 , Q 2 of the polynomial obtained by developing the poles q 1 , q 2 that cannot be arranged without calculating the unplaceable poles q 1 , q 2. It can be confirmed that i is calculated. Further, by using a general method as a stability determination method of the digital control system, such as the Jury method or the Schur-Cohn method, the poles q 1 and q 2 that cannot be arranged are calculated in the equation (17) which is the above polynomial. The stability determination can be performed without doing this.

次に零点を配置する式を求める。配置できる2つの零点をz,zとすると、(6)式に基づいて、G(z)は(18)式で表すことができる。 Next, an expression for arranging the zeros is obtained. If two zeros that can be arranged are z 1 and z 2 , G z (z) can be expressed by equation (18) based on equation (6).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(18)式を展開し、各係数を比較することにより(19),(20)式が得られる。 Expressions (19) and (20) are obtained by expanding expression (18) and comparing the coefficients.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(19),(20)式より、α,βを求めることにより、(21),(22)式が得られる。 By obtaining α and β from equations (19) and (20), equations (21) and (22) are obtained.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

以上のように、1サンプリング時間の演算時間遅れを有する制御系において、配置できない極q,qを展開して得られる多項式(17)の係数Q,Qを算出することにより、極及び零点の配置式を導出することが可能となる。 As described above, by calculating the coefficients Q 1 and Q 2 of the polynomial (17) obtained by expanding the poles q 1 and q 2 that cannot be arranged in the control system having a calculation time delay of one sampling time, In addition, it is possible to derive an arrangement formula of zeros.

次に、上記自動制御装置1を構成する制御系が、2サンプリング時間以上のむだ時間要素をもつ場合につき説明する。   Next, the case where the control system constituting the automatic control device 1 has a dead time element of two sampling times or more will be described.

本発明を適用した自動制御装置1においては、制御対象の角度等を目標値へ向けて動作制御する際に、何らかの原因で1サンプリング時間以上の大きいむだ時間要素をもつ場合もある。かかる場合においても、以下のように、むだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似した閉ループ伝達関数について極零配置式を算出し、これを用いて制御パラメータ算出部20および安定判別部40を構成することで、より正確な極配置を実現することができる。   The automatic control device 1 to which the present invention is applied may have a large time delay element of one sampling time or more for some reason when controlling the operation of the angle to be controlled toward the target value. Even in such a case, as described below, a pole-zero arrangement formula is calculated for a closed-loop transfer function in which the dead time element is approximated to an integral multiple of the sampling time, and the control parameter calculation unit 20 and the stability determination unit 40 are configured using this. By doing so, more accurate pole arrangement can be realized.

先ず、むだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似し、2サンプリング時間のむだ時間要素があるとした場合の極零配置式の算出について説明する。このときの制御系ブロック図を図3に示す。この図3においては、図2において示されているむだ時間要素が1/zから1/z2に変更されていることが分かる。この制御系の閉ループ伝達関数は(23)式により示される。 First, the dead time element is approximated to an integral multiple of the sampling time, and calculation of the pole-zero arrangement formula when there is a dead time element of 2 sampling times will be described. A control system block diagram at this time is shown in FIG. In FIG. 3, it can be seen that the time delay element shown in FIG. 2 is changed from 1 / z to 1 / z 2 . The closed loop transfer function of this control system is expressed by equation (23).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(23)式では分母が6次式なので、極が6つ存在する。制御パラメータは1サンプリング時間の演算時間遅れを持つ場合と同様に3つである。この3つの制御パラメータで6つの極を配置するので、配置できない極が3つ生じる。配置できる3つの極をp,p,pとし、配置できない極の位置をq,q,qとして、閉ループ伝達関数を表現すると(24)式になる。 In equation (23), the denominator is a sixth-order equation, so there are six poles. There are three control parameters as in the case of having a calculation time delay of one sampling time. Since six poles are arranged with these three control parameters, three poles that cannot be arranged are generated. When the three poles that can be placed are represented as p 1 , p 2 , and p 3, and the positions of the poles that cannot be disposed are represented as q 1 , q 2 , and q 3 , the closed-loop transfer function is expressed by equation (24).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(23)式と(24)式の分母式が等しくなるように係数比較式を作成すると、(25)式〜(30)式になる。 If a coefficient comparison expression is created so that the denominator expressions of Expressions (23) and (24) are equal, Expressions (25) to (30) are obtained.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

これよりK,K,K,Q,Q,Qが算出されるように(25)〜(30)式を解くと、(31)〜(36)式の極零配置式が得られる。これより、制御パラメータ算出部20は、p,p,pを入力することによりK,K,K,Q,Q,Qを算出する演算装置で実現される。また安定判別部40は、(37)式の全ての根が単位円内にあるかどうかを安定判別する手段として実現される。 From this K p, K d, K i , as Q 1, Q 2, Q 3 is calculated (25) is solved to (30), (31) - (36) below the pole-zero placement formula Is obtained. Thus, the control parameter calculation unit 20 is realized by an arithmetic device that calculates K p , K d , K i , Q 1 , Q 2 , and Q 3 by inputting p 1 , p 2 , and p 3 . The stability determining unit 40 is realized as a means for determining stably whether all the roots of the equation (37) are in the unit circle.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

以上のように、配置できない極q,q,qを算出しなくても、これを展開して得られる多項式の係数Q,Q,Qを算出することで、制御パラメータK,K,Kを演算することができる。また上記多項式である(37)式に対して、Juryの方法もしくはSchur-Cohnの方法等のように、ディジタル制御系の安定判別法として一般的な手法を用いることで、配置できない極q,q,qを算出しなくても、安定判別を行うことができる。 As described above, the control parameter K can be obtained by calculating the coefficients Q 1 , Q 2 , and Q 3 of the polynomial obtained by developing the poles q 1 , q 2 , and q 3 that cannot be arranged without calculating the poles q 1 , q 2 , and q 3. p, K d, can be calculated K i. Further, by using a general method as a stability determination method of the digital control system, such as the Jury method or the Schur-Cohn method, with respect to the equation (37) which is the polynomial, the pole q 1 , which cannot be arranged, is used. Stability determination can be performed without calculating q 2 and q 3 .

零点については、(5)式と(23)式との比較において示されるように、1サンプリング時間のむだ時間要素がある場合と同じく、(21)〜(22)式より求めることができる。   As shown in the comparison between the equations (5) and (23), the zero can be obtained from the equations (21) to (22) as in the case where there is a dead time element of one sampling time.

図4は、本発明を適用した自動制御装置1における制御パラメータ算出部20の動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the control parameter calculation unit 20 in the automatic control device 1 to which the present invention is applied.

先ず、ステップS11において、制御対象ゲインKと、制御対象時定数Tと、サンプリング時間Tとを設定する。次に、ステップS12へ移行し、上述したステップS11において設定した制御対象ゲインKと、制御対象時定数Tと、サンプリング時間Tを(2)〜(4)式に代入することによりP、A、Bを算出する。このステップS12の動作は、電源投入時のみに実行するようにしてもよい。 First, in step S11, the control object gain K, the control target time constant T 0, sets the sampling time T. Then, the process proceeds to step S12, P and control object gain K set in step S11 described above, the control target time constant T 0, by substituting the sampling time T (2) ~ (4) equation, A , B is calculated. The operation in step S12 may be executed only when the power is turned on.

次に、ステップS13へ移行し、極位置p,p,pを入力するとともに、零点位置z,zを入力する。次にステップS14に移行し、(31)式に基づいてQを算出する。次にステップS15へ移行し、ステップS14において求めたQを用いて(32)式よりQを算出する。次にステップS16へ移行し、(33)式よりQを算出する。 Next, the process proceeds to step S13, and pole positions p 1 , p 2 , and p 3 are input, and zero point positions z 1 and z 2 are input. Then the process proceeds to step S14, and calculates the Q 1 based on equation (31). Then the process proceeds to step S15, and calculates the Q 2 than in equation (32) using a Q 1 determined in step S14. Then the process proceeds to step S16, and calculates the Q 3 from equation (33).

次にステップS17へ移行し、(34)式に基づきKを算出する。次にステップS18へ移行し、(35)式よりKを算出する。次にステップS19へ移行し、(36)式よりKを算出する。次にステップS20へ移行し、式(21)によりαを算出する。次にステップS21へ移行し、式(22)によりβを算出する。 Then the process proceeds to step S17, calculates the K p based on equation (34). Then the process proceeds to step S18, calculates a K i from equation (35). Next, the process proceeds to step S19, and Kd is calculated from equation (36). Next, the process proceeds to step S20, and α is calculated by the equation (21). Next, the process proceeds to step S21, and β is calculated by equation (22).

次にステップS22へ移行し、配置できない極q,q,qの安定判別を行なうため、Q,Q,Qの値を安定判別部40に転送し、(37)式の全ての根が単位円内に存在するかどうか、安定判別を行なう。具体的にはJuryの方法もしくはSchur-Cohnの方法など、ディジタル制御系の安定判別法として一般的な手法を用いることが考えられる。安定判別の結果が不安定だった場合は、ステップS23へ移行し、表示部111において不安定となることを表示して終了する。安定判別の結果が安定だった場合は、ステップS24へ移行して、その旨制御パラメータ算出部20に通知するとともに、制御パラメータ算出部20では算出したK,K,K,α,βを制御器に出力し終了する。なお、ステップS23に移行した場合において、ユーザに対して上述した処理をリトライするか否か決定を促し、ユーザよりリトライする旨の意思表示がなされた場合には再び上述した処理を繰り返すようにしてもよい。 Next, the process proceeds to step S22, and the values of Q 1 , Q 2 , Q 3 are transferred to the stability determination unit 40 in order to determine the stability of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged, and the equation (37) Stability is discriminated whether all the roots exist in the unit circle. Specifically, it is conceivable to use a general method as a stability determination method for a digital control system, such as the Jury method or the Schur-Cohn method. If the stability determination result is unstable, the process proceeds to step S23, the display unit 111 displays that it is unstable, and the process ends. If the result of the stability determination is stable, the process proceeds to step S24 and notifies the control parameter calculation unit 20 to that effect, and the control parameter calculation unit 20 calculates K p , K d , K i , α, β. Is output to the controller and the process ends. When the process proceeds to step S23, the user is prompted to decide whether or not to retry the above-described process, and the above-described process is repeated again when the user gives an intention to retry. Also good.

ここで、配置できない極q,q,qの挙動について説明する。配置できない極は、むだ時間要素を想定しない閉ループ伝達関数において生じるものではなく、むだ時間要素に起因する。サーボ帯域が低い場合は制御系の時定数も大きく、むだ時間要素の影響は相対的に小さい。このためむだ時間要素に起因する、配置できない極q,q,qも制御特性に大きく影響しない高周波領域、具体的にはz平面での0近辺に存在する。サーボ帯域を広げるにつれ、むだ時間要素の影響も相対的に大きくなり、ついには配置できない極q,q,qのいずれかが不安定となる。これがディジタルサーボ制御系のサーボ帯域の限界と考えられる。以上より、サーボ帯域が低い場合は配置できない極q,q,qは0近辺に存在し、制御特性には大きく影響しない。しかし、サーボ帯域を広くしていく場合は、配置できない極q,q,qに注意する必要がある。あまりサーボ帯域を広くすると、配置できない極q,q,qのいずれかが不安定となり、これが制御性能限界を支配することになるからである。 Here, the behavior of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged will be described. A pole that cannot be placed does not occur in a closed loop transfer function that does not assume a dead time element, but is due to a dead time element. When the servo band is low, the time constant of the control system is large, and the influence of the dead time element is relatively small. For this reason, the poles q 1 , q 2 , and q 3 that cannot be arranged due to the dead time element also exist in a high-frequency region that does not greatly affect the control characteristics, specifically, near 0 in the z plane. As the servo band is widened, the influence of the dead time element becomes relatively large, and finally any of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged becomes unstable. This is considered the limit of the servo band of the digital servo control system. From the above, the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged when the servo band is low exist in the vicinity of 0 and do not greatly affect the control characteristics. However, when increasing the servo bandwidth, it is necessary to pay attention to the poles q 1 , q 2 , and q 3 that cannot be arranged. This is because if the servo band is too wide, any of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged becomes unstable, and this dominates the control performance limit.

このように配置できない極q,q,qの挙動を把握するためには、安定判別部40による安定判別が必要となることがわかる。 It can be seen that in order to grasp the behavior of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged in this way, stability determination by the stability determination unit 40 is necessary.

以上、2サンプリング時間のむだ時間要素をもつディジタル2自由度PID制御系での制御パラメータ算出部20の動作につき説明した。   The operation of the control parameter calculation unit 20 in the digital two-degree-of-freedom PID control system having a dead time element of two sampling times has been described above.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、さらに3サンプリング時間以上でも、配置できない極の個数を増やすことで、同様に極零配置式を求めることができる。配置できない極に関しては具体的に極の位置は算出しなくても、係数がわかれば安定判別を行なうことができ、これにより効率的に制御パラメータの可否を判断することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the pole-zero arrangement formula can be similarly obtained by increasing the number of poles that cannot be arranged even after three sampling times or more. For poles that cannot be placed, the stability determination can be performed if the coefficient is known without specifically calculating the position of the pole, and thus whether or not the control parameter can be efficiently determined.

なお、本発明においては、極零位置を指定するときの冗長なパラメータを省くようにしてもよい。   In the present invention, redundant parameters for designating the pole and zero position may be omitted.

通常、極位置p,p,pを指定するときに、3つのパラメータで指定することになるが、すべて実数極の場合はp=a,p=b,p=cのように3つの実数a、b、cを指定する。また、複素極がある場合も共役である必要があるので1組の共役複素極と1つの実数極となる。したがってp=a+bj、p=a−bj、p=cのように3つの実数a、b、cを指定する。また、零点z,zを指定するときに、2つのパラメータで指定することになる。すなわち、すべて実数零点の場合はz=f、z=gのように2つの実数f、gを指定する。また、複素零点の場合も共役である必要があるので、z=f+gj、z=f−gjのように2つの実数f、gを指定する。以上、極零配置では極と零点であわせて5つのパラメータを指定することになる。 Normally, when specifying the pole positions p 1 , p 2 , and p 3 , the parameters are specified by three parameters. In the case of all the real poles, p 1 = a, p 2 = b, and p 3 = c. Specify three real numbers a, b, and c. Further, even when there are complex poles, they need to be conjugate, so that one set of conjugate complex poles and one real number pole are provided. Therefore, three real numbers a, b, and c are designated such as p 1 = a + bj, p 2 = a−bj, and p 3 = c. Further, when the zeros z 1 and z 2 are designated, they are designated by two parameters. That is, in the case where all real numbers are zero, two real numbers f and g are designated such as z 1 = f and z 2 = g. In addition, since complex zeros need to be conjugate, two real numbers f and g are designated as z 1 = f + gj and z 2 = f−gj. As described above, in the pole-zero arrangement, five parameters are designated in combination with the pole and the zero point.

通常、極は重ねて配置する場合が多いが、一般的に実数極は振動性が低いため、オーバーシュートをきらう位置決め制御の場合、実数極を3つ配置することが多い。このとき最も応答の遅い極の影響が支配的になるので、外乱に対する応答をなるべく早くするには実数極を3つ重ねて配置する。また、応答を速くかつ整定波形をきれいにするために零点も極と重ねることが多い。したがって、p=p=p=z=z=aのように配置することが多い。通常の入力で同じ数値を5つ入力するのは煩雑なので、1つの実数aのみを指定するようにする。このときの制御パラメータ算出部20及び安定判別部40の動作を図5に示す。この図5において、上述した図4に示すフローチャートと同一の動作ステップについては、同一のステップ番号を付してこれを引用することにより説明を省略する。 Usually, poles are often arranged in a stacked manner, but in general, real number poles have low vibration characteristics, and therefore, in the case of positioning control that avoids overshoot, three real number poles are often arranged. At this time, the influence of the pole with the slowest response becomes dominant, so that three real poles are stacked in order to make the response to the disturbance as fast as possible. Also, the zero point is often overlapped with the pole in order to speed up the response and clean the settling waveform. Therefore, it is often arranged such that p 1 = p 2 = p 3 = z 1 = z 2 = a. Since it is cumbersome to input five of the same numerical values in normal input, only one real number a is designated. The operations of the control parameter calculation unit 20 and the stability determination unit 40 at this time are shown in FIG. In FIG. 5, the same operation steps as those in the flowchart shown in FIG. 4 described above are denoted by the same step numbers, and the description thereof is omitted by citing them.

上述の如くステップS12において、(2)〜(4)式からP,A,Bが算出された後、ステップS31へ移行し、極位置及び零点位置aを入力する。次に、ステップS32へ移行しp=p=p=z=z=aより、極位置p,p,p及び零点位置z,zを生成し、ステップS14へ移行する。 As described above, in step S12, P, A, and B are calculated from the equations (2) to (4). Then, the process proceeds to step S31, and the pole position and the zero point position a are input. Next, the process proceeds to step S32, and pole positions p 1 , p 2 and p 3 and zero positions z 1 and z 2 are generated from p 1 = p 2 = p 3 = z 1 = z 2 = a, and step S14. Migrate to

以上は極および零点をすべて実数とする場合だが、別の配置も考えられる。例えばさらに外乱応答を早くするため極をバタワース型に配置し、零点を共役極を相殺するように配置することも考えられる。このときは2つのパラメータで指定することになるが、冗長なパラメータを省く趣旨は同様である。   The above is a case where all the poles and zeros are real numbers, but other arrangements are possible. For example, in order to further accelerate the disturbance response, it is possible to arrange the poles in a Butterworth type and arrange the zeros so as to cancel the conjugate poles. In this case, two parameters are specified, but the purpose of omitting redundant parameters is the same.

以上のように、本発明を適用した自動制御装置1は、1サンプリング時間以上のむだ時間要素の存在するディジタル化されたPID制御系においても、その制御系に含まれるむだ時間要素の大きさをサンプリング時間の整数倍に近似して閉ループ伝達関数を算出し、制御パラメータに相当する個数の極のみ配置し、それ以外の配置できない極は展開して得られる多項式の係数を算出することで求めた極零配置式に基づいて制御パラメータを算出することができる。また、配置できない極のために制御系が不安定になるかどうかについても、多項式の係数に周知の安定判別法を適用することで判別することができる。   As described above, the automatic control apparatus 1 to which the present invention is applied can reduce the size of the dead time element included in the control system even in the digitized PID control system in which the dead time element is longer than one sampling time. The closed loop transfer function was calculated by approximating an integer multiple of the sampling time, and only the number of poles corresponding to the control parameter were placed. The other poles that could not be placed were calculated by calculating the coefficients of the polynomial obtained by expansion. The control parameter can be calculated based on the pole-zero arrangement formula. Further, whether or not the control system becomes unstable due to poles that cannot be arranged can be determined by applying a known stability determination method to the coefficients of the polynomial.

これにより、1サンプリング時間以上のむだ時間要素の存在する制御系に対しても、より正確に極配置を実現することができ、所望の制御性能を得ることができる。また、安定判別を行なえることでより正確に制御限界を把握でき、より効率的に制御パラメータ調整を行うことができる。   As a result, even in a control system in which there is a dead time element of one sampling time or more, it is possible to realize pole placement more accurately and obtain desired control performance. In addition, since the stability determination can be performed, the control limit can be grasped more accurately and the control parameter can be adjusted more efficiently.

また、このとき配置できる極すべてを別々に指定するのではなく、極を重ねて配置する等して冗長な数値を省き、指定する数値を少なくして簡便に制御パラメータを求めることができる。   In addition, it is not possible to separately designate all the poles that can be arranged at this time, but it is possible to easily obtain control parameters by omitting redundant numerical values by arranging the poles in an overlapping manner and reducing the designated numerical values.

このように本発明に係る自動制御装置1は、より簡便に正確な制御特性を実現できる。   As described above, the automatic control device 1 according to the present invention can realize accurate control characteristics more easily.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、以下に説明する光ディスク記録再生装置におけるフォーカスサーボを制御するための自動制御装置2に適用することも可能である。ちなみに、この自動制御装置2は、要旨を逸脱しない範囲で、アクチュエータの形態や誤差信号の検出方式が異なる磁気ディスクのトラッキングサーボを制御するようにしてもよい。ちなみに、この自動制御装置2を用いて光ディスクにおけるトラッキングサーボを制御するようにしてもよいことは言うまでもない。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the present invention can be applied to an automatic control device 2 for controlling focus servo in an optical disc recording / reproducing device described below. Incidentally, the automatic control device 2 may control the tracking servo of a magnetic disk having a different actuator form and error signal detection method without departing from the scope of the invention. Incidentally, it goes without saying that the tracking servo in the optical disk may be controlled using the automatic control device 2.

図6は、本発明を適用した自動制御装置2が配設される光ディスク記録再生装置3の構成を示している。   FIG. 6 shows the configuration of an optical disc recording / reproducing apparatus 3 in which an automatic control apparatus 2 to which the present invention is applied is provided.

この光ディスク記録再生装置3は、光ディスク4に対してデータを書き込み、又は当該光ディスク4に記録されているデータを読み取るための記録再生素子31と、所定の演算処理を実行することにより制御信号を出力する制御演算部15と、上記制御演算部15における制御関数に必要な制御パラメータを生成する制御パラメータ生成部28とを備えている。   The optical disc recording / reproducing apparatus 3 outputs a control signal by executing predetermined arithmetic processing with a recording / reproducing element 31 for writing data to the optical disc 4 or reading data recorded on the optical disc 4. And a control parameter generation unit 28 that generates control parameters necessary for the control function in the control calculation unit 15.

記録再生素子31は、回転操作される光ディスク4の各記録層に光ビームを合焦し、光ディスク4の記録面にて反射した戻り光を検出することにより、誤差信号を生成し、これを制御演算部15へ送信する。この記録再生装置31は、半導体の再結合発光を利用した半導体レーザ等により構成され、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源32と、光ディスク4からの戻り光を受光してこれを光電変換する受光部35と、このレーザ光源32から出射されたレーザ光を光ディスク4側へ導くとともに、当該光ディスク4を反射したレーザ光をそのまま透過させてこれを受光部35へと導く光分離部33と、光分離部33からのレーザ光を集光して光ディスク4の各記録層に合焦させるとともに、当該光ディスク4からの戻り光を平行光にするレンズ34とを備え、さらに自動制御装置2からの制御信号に応じて記録再生素子31を光ディスク4の記録面に対して近接離間させる電磁アクチュエータ36をも備えている。   The recording / reproducing element 31 generates an error signal by focusing the light beam on each recording layer of the optical disk 4 to be rotated and detecting the return light reflected by the recording surface of the optical disk 4 to control this. It transmits to the calculating part 15. The recording / reproducing apparatus 31 is composed of a semiconductor laser or the like using semiconductor recombination emission, and receives a return light from the optical source 4 and a laser light source 32 that emits laser light of a predetermined wavelength and photoelectrically converts it. A light receiving unit 35 that guides the laser light emitted from the laser light source 32 to the optical disc 4 side, and transmits the laser light reflected by the optical disc 4 as it is to guide the laser light to the light receiving unit 35. And a lens 34 for condensing the laser light from the light separation unit 33 to focus on each recording layer of the optical disc 4 and making the return light from the optical disc 4 parallel light. And an electromagnetic actuator 36 for moving the recording / reproducing element 31 close to and away from the recording surface of the optical disc 4 in accordance with the control signal.

自動制御装置2における制御演算部15は、受光部35において生成された誤差信号を検出することにより、フォーカスエラー信号を生成する誤差信号検出回路51と、誤差信号検出回路51において生成されたフォーカスエラー信号をA/D変換するためのAD変換部52と、AD変換部52においてディジタル化されたフォーカスエラー信号につき、制御パラメータ生成部28において生成された制御パラメータを用いて所定の制御を施すことにより制御信号を生成する制御演算回路53と、制御演算回路53において生成された制御信号をD/A変換するためのDA変換部54と、DA変換部54においてディジタル化された制御信号に基づいて電磁アクチュエータ36を駆動させるアクチュエータ駆動回路55とを備えている。   The control calculation unit 15 in the automatic control device 2 detects an error signal generated in the light receiving unit 35, thereby generating an error signal detection circuit 51 that generates a focus error signal, and a focus error generated in the error signal detection circuit 51. By subjecting the AD converter 52 for A / D conversion of the signal and the focus error signal digitized by the AD converter 52 to predetermined control using the control parameter generated by the control parameter generator 28 A control arithmetic circuit 53 for generating a control signal, a DA converter 54 for D / A converting the control signal generated by the control arithmetic circuit 53, and an electromagnetic wave based on the control signal digitized by the DA converter 54 And an actuator driving circuit 55 for driving the actuator 36.

さらにこの自動制御装置2における制御パラメータ生成部28は、制御パラメータを実際に算出する制御パラメータ算出部41と、制御パラメータ算出部41に接続される安定判別部42と、接続された安定判別部42における安定判別の結果を表示するための表示部43と、制御パラメータ算出部41に対して数値設定を行う極位置入力部44とを備えている。   Further, the control parameter generation unit 28 in the automatic control device 2 includes a control parameter calculation unit 41 that actually calculates the control parameters, a stability determination unit 42 connected to the control parameter calculation unit 41, and a connected stability determination unit 42. Are provided with a display unit 43 for displaying the result of stability determination and a pole position input unit 44 for setting a numerical value for the control parameter calculation unit 41.

制御パラメータ算出部41は、制御演算回路41のそれぞれの制御関数に用いられる制御パラメータを極位置入力部44により指定された数値に基づいて演算し、その演算結果を制御演算回路53に対して出力する。   The control parameter calculation unit 41 calculates the control parameter used for each control function of the control calculation circuit 41 based on the numerical value specified by the pole position input unit 44, and outputs the calculation result to the control calculation circuit 53. To do.

即ち、この制御パラメータ生成部28では、上記制御演算に必要な制御パラメータを生成する。具体的には、極位置入力部44において制御系閉ループ伝達関数における所望の極配置を入力し、制御パラメータ算出部41において、上記入力された極配置を実現する制御パラメータを算出する。制御パラメータ算出時に算出される配置できない極については、安定判別部42において安定判別を行い、その判別結果を表示部43に表示する。安定であればその旨制御パラメータ算出部41に通知し、制御パラメータを制御演算回路53へ転送することにより記録再生素子31のサーボ制御が可能となる。   That is, the control parameter generation unit 28 generates control parameters necessary for the control calculation. Specifically, the pole position input unit 44 inputs a desired pole arrangement in the control system closed loop transfer function, and the control parameter calculation unit 41 calculates a control parameter for realizing the input pole arrangement. For poles that cannot be placed calculated when calculating the control parameter, the stability determination unit 42 performs stability determination, and the determination result is displayed on the display unit 43. If stable, the control parameter calculation unit 41 is notified to that effect, and the control parameter is transferred to the control arithmetic circuit 53, whereby the servo control of the recording / reproducing element 31 becomes possible.

上述した構成からなる自動制御装置2を構成する制御系をディジタル制御で実現するときの制御ブロック図を図7に示す。   FIG. 7 shows a control block diagram when the control system constituting the automatic control device 2 having the above-described configuration is realized by digital control.

図7中rは、記録再生素子31が本来あるべき位置を表す目標位置である。dは目標位置に加わるディスクの周ぶれ等の外乱である。またeは位置誤差を表す。この位置誤差eは外乱dに応じて変化した記録再生素子の目標位置r+dと制御対象の実際の位置yの差r+d−yに相当する。図7に示す制御系では、記録再生素子31に加わる外乱dや実際の位置yは直接検出できず、誤差信号検出回路51においてフォーカスエラー信号に対応した位置誤差e=r+d−yを検出してサーボ制御を行う。   In FIG. 7, r is a target position representing the position where the recording / reproducing element 31 should be. d is a disturbance such as runout of the disk applied to the target position. E represents a position error. This position error e corresponds to the difference r + dy between the target position r + d of the recording / reproducing element changed according to the disturbance d and the actual position y of the controlled object. In the control system shown in FIG. 7, the disturbance d applied to the recording / reproducing element 31 and the actual position y cannot be directly detected, and the error signal detection circuit 51 detects the position error e = r + d−y corresponding to the focus error signal. Servo control is performed.

位置誤差eはサンプリングされて制御演算部K(z)で制御演算が行なわれる。制御系の制御パラメータは低域強調の低域カットオフ離散化角周波数a、低域強調の高域カットオフ離散化角周波数d、位相進み離散化角周波数b、位相進み離散化角周波数c、及び制御器ゲインKの5つである。この制御演算を経て1サンプリング時間後に演算結果が出力される。ちなみにこの制御演算部K(z)における演算時間遅れは図7中のむだ時間要素に相当する。出力された演算結果は0次ホルダを経て制御信号uとして出力される。0次ホルダは図6中のDA変換器54に相当する。制御信号uによりアクチュエータが駆動され記録再生素子の位置yが決まる。制御信号uから記録再生素子の位置yへの伝達関数は図7中の制御対象P(s)で表される。ちなみに、本実施の形態においては、制御対象P(s)は簡便のため2次積分要素で表す。 The position error e is sampled and a control calculation is performed by the control calculation unit K (z). The control parameters of the control system are a low-frequency emphasized low-frequency cutoff discretization angular frequency a, a low-frequency emphasized high-frequency cutoff discretization angular frequency d, a phase advance discretization angular frequency b, a phase advance discretization angular frequency c, and among 5 is the controller gain K p. After this control calculation, the calculation result is output after one sampling time. Incidentally, the calculation time delay in the control calculation unit K (z) corresponds to a dead time element in FIG. The output calculation result is output as a control signal u through the 0th order holder. The zero-order holder corresponds to the DA converter 54 in FIG. The actuator is driven by the control signal u to determine the position y of the recording / reproducing element. A transfer function from the control signal u to the position y of the recording / reproducing element is represented by a control object P (s) in FIG. Incidentally, in the present embodiment, the control object P (s) is represented by a quadratic integration element for simplicity.

また、光ディスク記録再生装置3等に適用される電磁アクチュエータ36は正確には“1次積分+1次遅れ要素”或いは、“共振特性をもつ2次遅れ要素”で表される。しかし、いずれも約100Hz以下での違いであり、低周波は高ゲインで外乱抑圧効果が大きいため極配置にはほとんど影響しない。このため、本実施の形態においては、電磁アクチュエータ36を簡便のため狽Q次積分要素とした。   Further, the electromagnetic actuator 36 applied to the optical disc recording / reproducing apparatus 3 or the like is accurately represented by “first order integration + 1st order lag element” or “second order lag element having resonance characteristics”. However, in all cases, the difference is about 100 Hz or less, and the low frequency has a high gain and a large disturbance suppression effect, and therefore hardly affects the pole arrangement. For this reason, in the present embodiment, the electromagnetic actuator 36 is a Q-th order integration element for simplicity.

次に極配置式の算出について述べる。図7中の制御対象P(s)および0次ホルダをz変換してP(z)とし、全体を離散系で表すと図8となる。この制御系の閉ループ伝達関数は(38)式になる。   Next, calculation of the pole placement equation will be described. The control object P (s) and the zeroth-order holder in FIG. 7 are z-transformed to P (z), and the whole is represented in FIG. 8 as a discrete system. The closed loop transfer function of this control system is expressed by equation (38).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(38)式では分母が5次式なので、極が5つ存在する。制御パラメータは上述のように全部で5つ考えられるが、低域強調の低域カットオフ離散化角周波数aは制御性能とは別の要因に支配されるので、制御特性に関連する制御パラメータは実質的には4つである。4つの制御パラメータで5つの極を配置するので、1つ配置できない極が生じる。配置できる4つの極をp,p,p,pとし、配置できない極の位置をqとして、閉ループ伝達関数を表現すると(39)式になる。 In equation (38), the denominator is a quintic equation, so there are five poles. As described above, there are five control parameters. As described above, the low-frequency emphasis low-frequency cutoff discretization angular frequency a is governed by a factor other than the control performance, so the control parameters related to the control characteristics are There are actually four. Since five poles are arranged with four control parameters, one pole cannot be arranged. When the four poles that can be placed are represented as p 1 , p 2 , p 3 , and p 4, and the position of the pole that cannot be placed is represented as q, the closed loop transfer function is expressed by equation (39).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(38)式と(39)式の分母が等しくなるように係数比較式を作成すると、(40)〜(44)式になる。   When the coefficient comparison formula is created so that the denominators of the formulas (38) and (39) are equal, the formulas (40) to (44) are obtained.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

これよりb,c,d,K,qが算出されるよう、式を解くと、以下の(45)〜(51)式の極配置式が得られる。これより、制御パラメータ算出部41は、(45)〜(51)式に則り、入力p,p,p,pに対し、b,c,d,K,qを出力する演算装置で実現される。また安定判別部42は(52)式の真偽を判別する装置で実現される。 Solving the equation so that b, c, d, K p , and q are calculated from this, the following pole arrangement equations (45) to (51) are obtained. Thus, the control parameter calculation unit 41 calculates b, c, d, K p , and q with respect to the inputs p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 according to equations (45) to (51). Realized in the device. The stability determination unit 42 is realized by a device that determines the authenticity of the equation (52).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

図9は、以上説明した制御パラメータ算出部41及び安定判別部42の動作を示すフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing the operations of the control parameter calculation unit 41 and the stability determination unit 42 described above.

先ずステップS51において、最初に低域強調の低域カットオフ離散化角周波数a、制御対象ゲインG、サンプリング時間Tを設定する。このステップS51における操作は電源投入時のみでもよい。 First, in step S51, a low-frequency emphasis low-frequency cutoff discretization angular frequency a, a control target gain G p , and a sampling time T are first set. The operation in step S51 may be performed only when the power is turned on.

次に、ステップS52へ移行し、極位置p,p,p,pを入力する。次にステップS53へ移行し、(45)式よりqを算出する。次にステップS54へ移行し、qも用いて(46)式よりbを算出する。次にステップS55へ移行し、(47)式よりKを算出する。次にステップS56へ移行して(48)式よりcdを算出し、更にステップS57へ移行して(49)式よりc+dを算出する。 Then, the process proceeds to step S52, and inputs the pole position p 1, p 2, p 3 , p 4. Next, the process proceeds to step S53, and q is calculated from equation (45). Next, the process proceeds to step S54, and b is calculated from equation (46) using q. Next, the process proceeds to step S55, and K p is calculated from equation (47). Next, the process proceeds to step S56 to calculate cd from the equation (48), and further proceeds to step S57 to calculate c + d from the equation (49).

次にステップS58へ移行し、(50)式、(51)式に基づいてc、dを求める。c、dが共役な複素数となる場合は実装時に1次フィルタの直列ではなく2次フィルタとして実現する必要がある。次にステップS59へ移行し、配置できない極qの値を安定判別部40に転送し、安定判別部40において(52)式に基づき安定判別を行なう。(52)式が成り立たない場合は不安定であり、ステップS60へ移行する。これに対して、(52)式が成り立つ場合には、ステップS61へ移行する。   Next, the process proceeds to step S58, and c and d are obtained based on equations (50) and (51). When c and d are complex complex numbers, it is necessary to realize not a series of primary filters but a secondary filter at the time of mounting. Next, the process proceeds to step S59, where the value of the pole q that cannot be arranged is transferred to the stability determination unit 40, and the stability determination unit 40 performs stability determination based on the equation (52). If equation (52) does not hold, it is unstable and the process proceeds to step S60. On the other hand, when the formula (52) is established, the process proceeds to step S61.

ステップS61へ移行した場合には、制御系が安定である旨を制御パラメータ算出部41へ通知し、これを受けた制御パラメータ算出部41は、自ら算出したb,c,d,Kを制御演算部15へ出力し、処理を終了する。 If the routine moves to step S61, and notifies the control system is stable to the control parameter calculator 41, the control parameter calculator 41 which receives the, b calculated himself, c, d, and K p control It outputs to the calculating part 15, and complete | finishes a process.

これに対してステップS60へ移行した場合には、制御系が不安定であることを表示部43へ表示し、次にステップS62へ移行して、上述した処理をリトライするか否かユーザに対して選択を促す。その結果、ユーザより上述した処理をリトライする旨の選択がなされた場合には、再びステップS62へ移行し、極位置p,p,p,pの入力を行う。また、ユーザより上述した処理をリトライしない旨の選択がなされた場合には、処理を終了する。 On the other hand, when the process proceeds to step S60, it is displayed on the display unit 43 that the control system is unstable, and then the process proceeds to step S62 to ask the user whether to retry the above-described processing. Prompt selection. As a result, when the user selects to retry the above-described processing, the process proceeds to step S62 again, and the pole positions p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 are input. If the user selects not to retry the above-described process, the process ends.

ここで、配置できない極qの挙動について説明する。配置できない極は、むだ時間要素を想定しない閉ループ伝達関数では生じるものではなく、むだ時間要素に起因する。サーボ帯域が低い場合は制御系の時定数も大きく、むだ時間要素の影響は相対的に小さい。このためむだ時間要素に起因する、配置できない極qも制御特性に大きく影響しない高周波領域、具体的にはz平面での0近辺に存在する。サーボ帯域を広げるにつれ、むだ時間要素の影響も相対的に大きくなり、ついには配置できない極qが不安定となる。これがディジタルサーボ制御系のサーボ帯域の限界と考えられる。以上より、サーボ帯域が低い場合は配置できない極qは0近辺に存在し、制御特性には大きく影響しない。しかし、サーボ帯域を広くしていく場合は、配置できない極qに注意する必要があることがわかる。   Here, the behavior of the pole q that cannot be arranged will be described. A pole that cannot be placed does not occur in a closed-loop transfer function that does not assume a dead time element, but is caused by a dead time element. When the servo band is low, the time constant of the control system is large, and the influence of the dead time element is relatively small. For this reason, the pole q that cannot be arranged due to the dead time element also exists in a high-frequency region that does not greatly affect the control characteristics, specifically in the vicinity of 0 in the z plane. As the servo band is expanded, the influence of the dead time element also becomes relatively large, and finally the pole q that cannot be arranged becomes unstable. This is considered the limit of the servo band of the digital servo control system. From the above, when the servo band is low, the pole q that cannot be arranged exists in the vicinity of 0 and does not greatly affect the control characteristics. However, it is understood that when the servo band is widened, it is necessary to pay attention to the pole q that cannot be arranged.

次に、極配置で制御パラメータを生成したときの制御特性につき、図8に示す制御系において、制御対象のG=400000000、サンプリング時間2μs、低域強調の低域カットオフ離散化角周波数a=0.999937(5Hz相当)とした場合を例を挙げて説明をする。 Next, regarding the control characteristics when the control parameters are generated in the pole arrangement, in the control system shown in FIG. 8, the control target G p = 400000000, the sampling time 2 μs, and the low frequency emphasis low frequency cutoff discretization angular frequency a = 0.999937 (corresponding to 5 Hz) is described as an example.

従来の制御パラメータ決定法では、位相遅れ周波数を開ループゲイン周波数特性のゼロクロス周波数のほぼ3倍、位相進み周波数を同じくほぼ1/3倍とし、低域強調の高域カットオフ周波数は上記ゼロクロス周波数近辺の位相余裕に影響を与えない程度の周波数に設定する。上述の制御対象に対し、上記制御パラメータ決定法で制御パラメータを求めたときの図8の制御系の開ループ周波数特性を図10(a)、(b)に示す。上記制御パラメータ決定法に従ってゼロクロス周波数を6kHzとし、位相進み周波数を2kHz、位相遅れ周波数を18kHz、低域強調の高域カットオフ周波数を100Hzとし、これをサンプリング2μsとして離散化角周波数に直して、位相遅れ離散化角周波数b=0.79756、低域強調の高域カットオフ離散化角周波数c=0.998743、位相進み離散化角周波数d=0.975182とした。また、6kHzでゼロクロスするようゲインKを調整し、K=9.706とした。 In the conventional control parameter determination method, the phase lag frequency is approximately three times the zero cross frequency of the open loop gain frequency characteristic and the phase advance frequency is also approximately one third, and the high frequency cutoff frequency for low frequency emphasis is the above zero cross frequency. The frequency is set so as not to affect the phase margin in the vicinity. FIGS. 10A and 10B show the open loop frequency characteristics of the control system of FIG. 8 when the control parameters are obtained by the control parameter determination method for the above-described control target. According to the control parameter determination method, the zero cross frequency is set to 6 kHz, the phase advance frequency is set to 2 kHz, the phase delay frequency is set to 18 kHz, the high frequency cutoff frequency of the low frequency emphasis is set to 100 Hz. The phase delay discretization angular frequency b = 0.79756, the low frequency emphasis high frequency cutoff discretization angular frequency c = 0.998984, and the phase advance discretization angular frequency d = 0.975182. Further, by adjusting the gain K p to zero crossing at 6 kHz, and the K p = 9.706.

このときの閉ループ伝達関数の極は、0.998744、0.953173、0.927394±0.053766jとなる。また、配置できない極qに相当する極の位置は-0.009206となる。ほとんど0に近く、安定性には影響しない。また、図8中のdにステップトルク外乱が入力されたときの位置誤差eの外乱応答シミュレーション結果を図11に示す。トルク外乱dにより位置誤差eは大きくなるが、制御系の外乱抑圧特性により次第に小さくなり、最終的には一定値0.09に収束する。 The poles of the closed-loop transfer function at this time are 0.987444, 0.953173, 0.927394 ± 0.053766j. In addition, the position of the pole corresponding to the pole q that cannot be arranged is −0.009206. Nearly zero and does not affect stability. Further, FIG. 11 shows a disturbance response simulation result of the position error e when a step torque disturbance is input to dt in FIG. Although the position error e increases due to the torque disturbance dt , it gradually decreases due to the disturbance suppression characteristic of the control system, and finally converges to a constant value of 0.09.

ここで極配置に基づき、上記外乱応答特性をいかに改善すべきかを考慮する場合、一般に離散系では、極が0に近いほど応答が速い。また、複数の極が存在する場合は、最も1に近い(すなわち応答の遅い)極の影響が支配的である。上記性質を参考に、まず外乱入力に対する収束を速くする。最も応答の遅い極0.998744(100Hz相当)を0.996237(300Hz相当)に配置し、他の極はそのままとする。図9に示すフローチャートより制御パラメータを求めると、位相遅れ離散化角周波数b=0.794745、低域強調の高域カットオフ離散化角周波数c=0.996204、位相進み離散化角周波数d=0.976149、ゲインK=10.024となる。配置できない極qの位置は上述の例に近く-0.009516となり、安定性には影響を及ぼさないことが分かる。 Here, based on the pole arrangement, when considering how to improve the disturbance response characteristics, generally in a discrete system, the closer the pole is to 0, the faster the response. When there are a plurality of poles, the influence of the pole closest to 1 (that is, the slow response) is dominant. Referring to the above property, first, the convergence with respect to the disturbance input is accelerated. Place the slowest response pole 0.987444 (equivalent to 100Hz) at 0.996237 (equivalent to 300Hz) and leave the other poles intact. When the control parameters are obtained from the flowchart shown in FIG. 9, the phase delay discretization angular frequency b = 0.947745, the low frequency emphasis high frequency cutoff discretization angular frequency c = 0.996204, the phase advance discretization angular frequency d = 0.976149 and the gain K p = 10.024. The position of the pole q that cannot be arranged is close to the above example and is −0.009516, and it can be seen that the stability is not affected.

次に外乱応答シミュレーション結果を図12中の極配置Aとして示す。この図12においては、従来の制御パラメータでの外乱応答に比べ、外乱の収束が速くなっていることが示されている。また開ループ周波数特性を図13(a),(b)中の極配置Aとして示す。この図13においては、低域ゲインが大きくなっていることが確認される。   Next, the disturbance response simulation result is shown as pole arrangement A in FIG. FIG. 12 shows that the disturbance converges faster than the disturbance response with the conventional control parameters. Further, the open loop frequency characteristic is shown as a pole arrangement A in FIGS. 13 (a) and 13 (b). In FIG. 13, it is confirmed that the low-frequency gain is increased.

次に外乱応答のピークを小さくする。外乱応答の立ち上がり部分はインパルスに近く高い周波数成分が多いと考えられる。そこで最も応答の速い極0.927394±0.053766j(7.5kHz相当)をさらに速い位置0.857169±0.099723j(15kHz相当)に配置し、他の極は最初の配置のままとする。図9のフローチャートに従って制御パラメータを求めると、位相遅れ離散化角周波数b=0.63479、低域強調の高域カットオフ離散化角周波数c=0.998744、位相進み離散化角周波数d=0.968301、ゲインK=28.889となる。配置できない極qの位置は-0.031528と、若干大きいもののほぼ0に近く安定性には影響しない。 Next, the peak of the disturbance response is reduced. The rising part of the disturbance response is considered to have many high frequency components close to the impulse. Therefore, the pole with the fastest response 0.927394 ± 0.053766j (equivalent to 7.5 kHz) is arranged at a faster position 0.857169 ± 0.099723j (equivalent to 15 kHz), and the other poles are left in the initial arrangement. When the control parameters are obtained according to the flowchart of FIG. 9, the phase lag discretization angular frequency b = 0.6479, the high frequency cutoff high frequency cutoff discretization angular frequency c = 0.998744, and the phase advance discretization angular frequency d = 0. .968301 and the gain K p = 28.889. The position of the pole q that cannot be arranged is -0.031528, which is slightly large, but is almost zero and does not affect the stability.

また、かかる場合における外乱応答シミュレーション結果を図14中の極配置Bとして示す。この図14より外乱応答のピークが小さくなっていることが分かる。また開ループ周波数特性を図15(a),(b)中の極配置Bとして示す。この図15により、全体にゲインが大きくなっており、ゼロクロス周波数も高くなっている。   Moreover, the disturbance response simulation result in such a case is shown as a pole arrangement B in FIG. It can be seen from FIG. 14 that the peak of the disturbance response is small. The open loop frequency characteristic is shown as pole arrangement B in FIGS. 15 (a) and 15 (b). According to FIG. 15, the gain is increased as a whole, and the zero cross frequency is also increased.

以上のように閉ループ特性に直結する閉ループ伝達関数の極位置を指定することで、直接的に制御特性を指定することができる。   As described above, by specifying the pole position of the closed-loop transfer function that is directly connected to the closed-loop characteristic, the control characteristic can be directly specified.

以上の例は、図8の1サンプリング時間の演算時間遅れを持つ制御系での極配置例だが、実際には何らかの原因で1サンプリング時間以上のむだ時間要素を持つ場合がある。かかる場合においても、以下の如くむだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似した閉ループ伝達関数について極配置式を算出し、これを用いて制御パラメータ算出部41並びに安定判別部42を構成することで、より正確な極配置を実現することができる。   The above example is an example of pole arrangement in a control system having a calculation time delay of one sampling time in FIG. 8, but in reality, there may be a dead time element of one sampling time or more for some reason. Even in such a case, the pole placement equation is calculated for the closed-loop transfer function in which the dead time element is approximated to an integral multiple of the sampling time as follows, and the control parameter calculation unit 41 and the stability determination unit 42 are configured using this. A more accurate pole arrangement can be realized.

たとえば、むだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似し、3サンプリング時間のむだ時間要素があるとした場合の極配置式の算出について説明する。このときの制御系ブロック線図を図16に示す。図8と比較するとむだ時間要素が1/zから1/z3に変更されている。この制御系の閉ループ伝達関数は(53)式になる。 For example, the calculation of the pole placement formula when the dead time element is approximated to an integral multiple of the sampling time and there is a dead time element of 3 sampling times will be described. A control system block diagram at this time is shown in FIG. Compared to FIG. 8, the dead time element is changed from 1 / z to 1 / z 3 . The closed loop transfer function of this control system is expressed by equation (53).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(53)式では、分母が7次式なので、極が7つ存在する。制御パラメータは1サンプリング時間の演算時間遅れを持つ場合と同様に、実質的には4つである。4つの制御パラメータで7つの極を配置するので、3つ配置できない極が生じる。配置できる4つの極をp,p,p,pとし、配置できない極の位置をq,q,qとして、閉ループ伝達関数を表現すると(54)式になる。 In the equation (53), since the denominator is a seventh-order equation, there are seven poles. The control parameters are substantially four as in the case where there is a calculation time delay of one sampling time. Since seven poles are arranged with four control parameters, three poles cannot be arranged. When the four poles that can be placed are represented as p 1 , p 2 , p 3 , and p 4, and the positions of the poles that cannot be placed are represented as q 1 , q 2 , and q 3 , the closed-loop transfer function is expressed as equation (54).

Figure 2006023847
Figure 2006023847

(53)式と(54)式の分母式が等しくなるように係数比較式を作成すると、以下の(55)〜(61)式になる。 When the coefficient comparison formula is created so that the denominator formulas of the formulas (53) and (54) are equal, the following formulas (55) to (61) are obtained.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

これよりb,c,d,K,Q,Q,Qが算出されるように式を解くと(62)〜(70)式の極配置式が得られる。これにより、制御パラメータ算出部28は、p,p,p,pを入力することでb,c,d,K,Q,Q,Qを算出する演算装置で実現される。また安定判別部42は、以下に示す(71)式の全ての根が単位円内にあるかどうかを安定判別する手段として実現される。 Solving the equations so that b, c, d, K p , Q 1 , Q 2 , Q 3 are calculated from these, the pole placement equations (62) to (70) are obtained. Thus, the control parameter calculation unit 28 is realized by an arithmetic unit that calculates b, c, d, K p , Q 1 , Q 2 , and Q 3 by inputting p 1 , p 2 , p 3 , and p 4. Is done. The stability determination unit 42 is realized as a means for determining stability whether all roots of the following equation (71) are within the unit circle.

Figure 2006023847
Figure 2006023847

図17は、制御パラメータ算出部41及び安定判別部42の動作を示すフローチャートである。   FIG. 17 is a flowchart showing the operations of the control parameter calculation unit 41 and the stability determination unit 42.

先ずステップS71において、最初に低域強調の低域カットオフ離散化角周波数a、制御対象ゲインG、サンプリング時間Tを設定する。次にステップS72に移行し、極位置p,p,p,pを入力する。次にステップS73へ移行し、(62)式よりQを算出する。次にステップS74へ移行し、Qも用いて(63)式よりQを算出する。次にステップS75へ移行し、(64)式よりQを算出する。次にステップS76へ移行し、(65)式よりbを算出する。次にステップS77へ移行し、(66)式よりKを算出する。次にステップS78へ移行し、(67)式よりcdを算出し、さらにステップS79において(68)式よりc+dを算出する。 First, in step S71, first, a low-frequency emphasis low-frequency cutoff discretization angular frequency a, a control target gain G p , and a sampling time T are set. Next, the process proceeds to step S72, and the pole positions p 1 , p 2 , p 3 and p 4 are input. Then the process proceeds to step S73, and calculates the Q 1 from equation (62). Then the process proceeds to step S74, Q 1 also calculates the Q 2 than in (63) below using. Then the process proceeds to step S75, the calculating the Q 3 from (64) below. Next, the process proceeds to step S76, and b is calculated from equation (65). Next, the process proceeds to step S77, and K p is calculated from equation (66). Next, the process proceeds to step S78, where cd is calculated from equation (67), and c + d is calculated from equation (68) in step S79.

またステップS80へ移行し、(69)式、(70)式よりc、dを求める。c、dが共役な複素数となる場合は実装時に1次フィルタの直列ではなく2次フィルタとして実現する必要がある。次にステップS81へ移行し、配置できない極q,q,qの安定判別を行なうためQ,Q,Qの値を安定判別部42に転送し、(71)式の全ての根が単位円内に存在するかどうか、安定判別を行なう。具体的にはJuryの方法もしくはSchur-Cohnの方法など、ディジタル制御系の安定判別法として一般的な手法を用いてもよい。 In step S80, c and d are obtained from equations (69) and (70). When c and d are complex complex numbers, it is necessary to realize not a series of primary filters but a secondary filter at the time of mounting. Next, the process proceeds to step S81, and the values of Q 1 , Q 2 , and Q 3 are transferred to the stability determination unit 42 in order to determine the stability of the poles q 1 , q 2 , q 3 that cannot be arranged, and all of the equations (71) are transferred. Stability is determined whether or not the root of is in the unit circle. Specifically, a general technique such as Jury's method or Schur-Cohn's method may be used as a stability determination method for a digital control system.

ステップS81における安定判別の結果が不安定であった場合は、ステップS83へ移行して、表示部43で不安定となることを表示し、更にステップS84へ移行して、上述した処理をリトライするか否かユーザに選択を促す。その結果、上述した処理をリトライする旨がユーザより指示された場合には、再びステップS72へ移行しし、極位置を入力することになる。これに対して、リトライしない旨がユーザより指示された場合には、処理を終了する。   If the result of the stability determination in step S81 is unstable, the process proceeds to step S83, indicating that the display unit 43 is unstable, and further proceeds to step S84 to retry the above-described processing. The user is prompted to select whether or not. As a result, when the user instructs to retry the above-described processing, the process proceeds to step S72 again and the pole position is input. On the other hand, if the user instructs not to retry, the process ends.

これに対してステップS81における安定判別の結果が安定であった場合には、その旨制御パラメータ算出部41に通知し、制御パラメータ算出部41では算出したb,c,d,Kを制御演算部15に出力して終了する。 On the other hand, if the result of the stability determination in step S81 is stable, the control parameter calculation unit 41 is notified to that effect, and the control parameter calculation unit 41 uses the calculated b, c, d, and K p as a control calculation. It outputs to the part 15 and complete | finishes.

以上説明したように、自動制御装置2の如くむだ時間が大きい制御系でも、むだ時間要素の大きさをサンプリング時間の整数倍に近似して極配置式を算出することができる。これにより、1サンプリング時間のむだ時間を想定した場合と比較して、制御できない極は増えるものの、制御パラメータの個数分だけは正確に極を指定することができる。これにより、1サンプリング時間よりむだ時間の大きい制御系でも、閉ループ伝達関数の極位置で直接的に制御特性を指定し、極配置法で制御パラメータを求めることができる。このとき、サンプリング時間の整数倍に近似したむだ時間を含めた閉ループ伝達関数より導出される極配置式(演算式)に則って制御パラメータを算出することで、正確に極配置を実現することができ、所望の制御性能を得ることができる。また、制御パラメータ生成部28では安定判別部42を備え、上述の極配置式における指定できない極が単位円外に無いかどうかを判別し、単位円外に極が存在する場合はこれを表示して不安定な動作を防ぐことができ、より簡便かつ正確な制御特性を実現できる。   As described above, even in a control system having a large dead time such as the automatic control device 2, the pole placement equation can be calculated by approximating the size of the dead time element to an integral multiple of the sampling time. As a result, the number of poles that cannot be controlled increases as compared with a case where a dead time of one sampling time is assumed, but the poles can be specified accurately for the number of control parameters. Thereby, even in a control system having a dead time longer than one sampling time, it is possible to directly specify a control characteristic at the pole position of the closed-loop transfer function and obtain a control parameter by the pole placement method. At this time, the pole placement can be realized accurately by calculating the control parameter according to the pole placement formula (calculation formula) derived from the closed loop transfer function including the dead time approximated to an integral multiple of the sampling time. The desired control performance can be obtained. In addition, the control parameter generation unit 28 includes a stability determination unit 42 that determines whether there are no poles that cannot be specified in the above-described pole arrangement formula outside the unit circle, and displays these if there are poles outside the unit circle. Unstable operation can be prevented, and a simpler and more accurate control characteristic can be realized.

本発明を適用した自動制御装置の構成図である。It is a block diagram of the automatic control apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置により構成される制御系を表したディジタル2自由度PID制御ブロック図であるFIG. 3 is a digital two-degree-of-freedom PID control block diagram showing a control system constituted by an automatic control device to which the present invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置により構成される制御系において2サンプリング時間のむだ時間要素がある場合における制御系ブロック図である。It is a control system block diagram in the case where there is a dead time element of two sampling times in a control system constituted by an automatic control device to which the present invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置における制御パラメータ算出部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control parameter calculation part in the automatic control apparatus to which this invention is applied. 1つの実数aのみを指定する場合における制御パラメータ算出部及び安定判別部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control parameter calculation part and stability determination part in the case of designating only one real number a. 本発明を適用した自動制御装置が配設される光ディスク記録再生装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an optical disc recording / reproducing apparatus provided with an automatic control apparatus to which the present invention is applied. 自動制御装置を構成する制御系をディジタル制御で実現するときの制御ブロック図である。It is a control block diagram when the control system which comprises an automatic control apparatus is implement | achieved by digital control. 0次ホルダをz変換してP(z)とし、制御系全体を離散系で表した制御ブロック図である。FIG. 10 is a control block diagram in which a zero-order holder is z-transformed to P (z), and the entire control system is represented by a discrete system. 制御パラメータ算出部及び安定判別部の動作を示す他のフローチャートである。It is another flowchart which shows operation | movement of a control parameter calculation part and a stability discrimination | determination part. 従来の制御パラメータ決定方法により制御パラメータを求めた場合における制御系の開ループ周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the open loop frequency characteristic of a control system when a control parameter is calculated | required with the conventional control parameter determination method. 従来の制御パラメータ決定方法の下で、さらにステップトルク外乱が入力されたときの外乱応答シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the disturbance response simulation result when step torque disturbance is further input under the conventional control parameter determination method. 本発明を適用した自動制御装置による制御パラメータ決定方法の下で求めた外乱応答シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the disturbance response simulation result calculated | required under the control parameter determination method by the automatic control apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置により制御パラメータを求めた場合における制御系の開ループ周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the open loop frequency characteristic of a control system at the time of calculating | requiring a control parameter with the automatic control apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置による制御パラメータ決定方法の下で求めた他の外乱応答シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the other disturbance response simulation result calculated | required under the control parameter determination method by the automatic control apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した自動制御装置により制御パラメータを求めた場合における制御系の他の開ループ周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the other open loop frequency characteristic of a control system at the time of calculating | requiring a control parameter with the automatic control apparatus to which this invention is applied. 3サンプリング時間のむだ時間要素があるとした場合における制御系ブロック線図である。It is a control system block diagram when there is a dead time element of 3 sampling times. 3サンプリング時間のむだ時間要素があるとした場合における制御パラメータ算出部及び安定判別部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control parameter calculation part and stability determination part when there exists a dead time element of 3 sampling time. 従来の制御装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional control apparatus. 制御対象につきz座標系における安定性を解析するための図である。It is a figure for analyzing stability in z coordinate system about a controlled object.

符号の説明Explanation of symbols

1 自動制御装置、10 制御演算部、18 制御パラメータ生成部、20 制御パラメータ算出部、30 極零配置入力部、40 安定判別部、50 D/A変換回路、60 モータドライバ、70 エンコーダ、80 サンプラ回路、111 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic control apparatus, 10 Control calculating part, 18 Control parameter production | generation part, 20 Control parameter calculation part, 30 pole zero arrangement | positioning input part, 40 Stability determination part, 50 D / A conversion circuit, 60 Motor driver, 70 Encoder, 80 Sampler Circuit, 111 display

Claims (18)

生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成される自動制御装置において、
上記制御対象の現時点における角度又は位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成手段と、
上記制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するとともに、演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて、上記差分信号生成手段により生成された差分信号につき所定の演算処理を施すことにより上記制御信号を生成する制御演算手段とを備え、
上記制御演算手段は、上記閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする自動制御装置。
In an automatic control device configured by a closed loop that controls the operation of an angle or a position of a control target toward a target value based on the generated control signal,
Differential signal generating means for generating a differential signal according to a difference of the current angle or position of the control target with respect to the target value;
The control parameter for controlling the operation of the controlled object is calculated, and a predetermined calculation process is performed on the difference signal generated by the difference signal generation unit based on a control function using the calculated control parameter. Control arithmetic means for generating a control signal,
The automatic control apparatus, wherein the control calculation means calculates the control parameter from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop based on an arithmetic expression including a time delay element in the automatic control apparatus.
上記制御演算手段は、当該自動制御装置におけるむだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似して上記閉ループ伝達関数を算出し、また上記制御パラメータの数に応じた上記閉ループ伝達関数の極を配置するとともに、それ以外の配置できない極については、多項式の係数を算出することとして求めた極配置式に基づいて上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項1記載の自動制御装置。
The control calculation means calculates the closed-loop transfer function by approximating a dead time element in the automatic control device to an integer multiple of the sampling time, and arranges the poles of the closed-loop transfer function according to the number of control parameters. The automatic control device according to claim 1, wherein the control parameter is calculated based on a pole placement formula obtained by calculating a coefficient of a polynomial for other poles that cannot be placed.
上記制御演算手段は、上記配置できない極について安定判別を行うとともに、その安定判別の結果をユーザに通知すること
を特徴とする請求項2記載の自動制御装置。
The automatic control apparatus according to claim 2, wherein the control calculation unit performs stability determination on the pole that cannot be arranged, and notifies the user of the result of the stability determination.
ディスク状記録媒体に対してデータを書き込み、又は当該ディスク状記録媒体に記録されているデータを読み取るための上記制御対象としての記録再生素子と、
上記ディスク状記録媒体の記録面に対して上記記録再生素子を水平方向又は垂直方向へ駆動させるための駆動手段と、
上記記録再生素子が記録再生を行なうべき位置と実際の位置の差分に比例し、かつ上記差分信号に対応する誤差信号を検出する誤差信号を検出する誤差信号検出手段とをさらに備え、
上記制御演算手段は、上記駆動手段を動作制御するための制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項1記載の自動制御装置。
A recording / reproducing element as the control target for writing data to the disk-shaped recording medium or reading data recorded on the disk-shaped recording medium;
Driving means for driving the recording / reproducing element in a horizontal direction or a vertical direction with respect to a recording surface of the disc-shaped recording medium;
An error signal detecting means for detecting an error signal that is proportional to the difference between the position where the recording / reproducing element should perform recording and reproduction and the actual position and that detects an error signal corresponding to the difference signal;
The automatic control apparatus according to claim 1, wherein the control calculation unit calculates a control parameter for controlling the operation of the driving unit.
上記制御演算手段は、上記制御対象の角度又は位置を目標値へ向けてPID制御する閉ループで構成される当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項1記載の自動制御装置。
The control calculation means calculates the control parameter based on an arithmetic expression including a dead time element in the automatic control device configured by a closed loop that performs PID control of the angle or position of the control target toward a target value. The automatic control apparatus according to claim 1.
上記制御演算手段は、当該自動制御装置におけるむだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似して上記閉ループ伝達関数を算出し、また上記制御パラメータの数に応じた上記閉ループ伝達関数の極を配置するとともに、それ以外の配置できない極については、多項式の係数を算出することとして求めた極配置式に基づいて上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項5記載の自動制御装置。
The control calculation means calculates the closed-loop transfer function by approximating a dead time element in the automatic control device to an integer multiple of the sampling time, and arranges the poles of the closed-loop transfer function according to the number of control parameters. The automatic control device according to claim 5, wherein the control parameter is calculated based on a pole placement formula obtained by calculating a coefficient of a polynomial for other poles that cannot be placed.
上記制御演算手段は、上記配置できない極について安定判別を行うとともに、その安定判別の結果をユーザに通知すること
を特徴とする請求項6記載の自動制御装置。
The automatic control apparatus according to claim 6, wherein the control calculation unit performs stability determination on the pole that cannot be arranged, and notifies the user of the result of the stability determination.
着磁されたロータを上記制御演算手段により生成された上記制御信号に応じて回転させる電磁駆動手段をさらに備え、
上記差分信号生成手段は、上記制御対象としての上記ロータの現時点における回転角度の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成し、
上記制御演算手段は、上記電磁駆動手段を動作制御するための制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項5記載の自動制御装置。
Electromagnetic driving means for rotating the magnetized rotor according to the control signal generated by the control calculation means;
The difference signal generation means generates a difference signal corresponding to the difference with respect to the target value of the current rotation angle of the rotor as the control target,
The automatic control apparatus according to claim 5, wherein the control calculation means calculates a control parameter for controlling the operation of the electromagnetic drive means.
生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて閉ループで動作制御する自動制御方法において、
上記制御対象の現時点における角度又は位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成ステップと、
上記制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するとともに、演算した制御パラメータを用いた制御関数に基づいて、上記差分信号生成ステップにおいて生成した差分信号につき所定の演算処理を施すことにより上記制御信号を生成する制御演算ステップとを有し、
上記制御演算ステップでは、上記閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該閉ループにおけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする自動制御方法。
In an automatic control method for controlling the operation of an object to be controlled in an angle or position toward a target value in a closed loop based on the generated control signal,
A difference signal generation step for generating a difference signal according to a difference with respect to the target value of the current angle or position of the control target;
A control parameter for controlling the operation of the control target is calculated, and the control is performed by performing a predetermined calculation process on the difference signal generated in the difference signal generation step based on a control function using the calculated control parameter. A control operation step for generating a signal,
In the control calculation step, the control parameter is calculated from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop based on an arithmetic expression including a dead time element in the closed loop.
上記制御演算ステップでは、当該閉ループにおけるむだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似して上記閉ループ伝達関数を算出し、また上記制御パラメータの数に応じた上記閉ループ伝達関数の極を配置するとともに、それ以外の配置できない極については、多項式の係数を算出することとして求めた極配置式に基づいて上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項9記載の自動制御方法。
In the control calculation step, the dead time element in the closed loop is approximated to an integral multiple of the sampling time to calculate the closed loop transfer function, and the poles of the closed loop transfer function according to the number of control parameters are arranged, The automatic control method according to claim 9, wherein for the other poles that cannot be arranged, the control parameter is calculated based on a pole arrangement formula obtained by calculating a coefficient of a polynomial.
上記制御演算ステップでは、上記配置できない極について安定判別を行うとともに、その安定判別の結果をユーザに通知すること
を特徴とする請求項10記載の自動制御方法。
The automatic control method according to claim 10, wherein in the control calculation step, stability determination is performed for the pole that cannot be arranged, and a result of the stability determination is notified to the user.
上記差分信号生成ステップでは、ディスク状記録媒体に対してデータを書き込み、又は当該ディスク状記録媒体に記録されているデータを読み取るための上記制御対象としての記録再生素子の現時点における位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成し、
上記制御演算ステップでは、上記ディスク状記録媒体の記録面に対して上記記録再生素子を水平方向又は垂直方向へ駆動させるための駆動部を動作制御するための制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項9記載の自動制御方法。
In the differential signal generating step, the target value of the current position of the recording / reproducing element as the control target for writing data to the disk-shaped recording medium or reading data recorded on the disk-shaped recording medium Generate a difference signal according to the difference with respect to
In the control calculation step, a control parameter for controlling operation of a drive unit for driving the recording / reproducing element in a horizontal direction or a vertical direction with respect to a recording surface of the disc-shaped recording medium is calculated. The automatic control method according to claim 9.
上記制御演算ステップでは、上記制御対象の角度又は位置を目標値へ向けてPID制御する閉ループにおけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項9記載の自動制御方法。
The control parameter is calculated in the control calculation step based on an arithmetic expression including a dead time element in a closed loop in which the angle or position of the control target is PID controlled toward a target value. Automatic control method.
上記制御演算ステップでは、当該閉ループにおけるむだ時間要素をサンプリング時間の整数倍に近似して上記閉ループ伝達関数を算出し、また上記制御パラメータの数に応じた上記閉ループ伝達関数の極を配置するとともに、それ以外の配置できない極については、多項式の係数を算出することとして求めた極配置式に基づいて上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項13記載の自動制御方法。
In the control calculation step, the dead time element in the closed loop is approximated to an integral multiple of the sampling time to calculate the closed loop transfer function, and the poles of the closed loop transfer function according to the number of control parameters are arranged, 14. The automatic control method according to claim 13, wherein for the other poles that cannot be arranged, the control parameter is calculated based on a pole arrangement formula obtained by calculating a coefficient of a polynomial.
上記制御演算ステップでは、上記配置できない極について安定判別を行うとともに、その安定判別の結果をユーザに通知すること
を特徴とする請求項14記載の自動制御方法。
The automatic control method according to claim 14, wherein in the control calculation step, stability determination is performed for the pole that cannot be arranged, and a result of the stability determination is notified to the user.
上記差分信号生成ステップでは、上記制御対象としての着磁されたロータの現時点における回転角度の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成し、
上記制御演算ステップは、上記ロータを回転させる電磁駆動部を動作制御するための制御パラメータを演算すること
を特徴とする請求項13記載の自動制御方法。
In the difference signal generation step, a difference signal corresponding to the difference with respect to the target value of the current rotation angle of the magnetized rotor as the control target is generated,
The automatic control method according to claim 13, wherein the control calculation step calculates a control parameter for controlling the operation of an electromagnetic drive unit that rotates the rotor.
生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成され、上記制御対象の現時点における角度又は位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成手段と、上記差分信号生成手段により生成された差分信号につき、制御関数に基づいて所定の演算処理を施すことにより上記制御信号を生成する制御手段とを有する制御装置に対して、上記制御関数を構成する制御パラメータを供給するための制御パラメータ生成装置において、
上記制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するパラメータ演算手段を備え、
上記パラメータ演算手段は、上記閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該自動制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする制御パラメータ生成装置。
Based on the generated control signal, it is configured by a closed loop that controls the operation of the angle or position of the control target toward the target value, and generates a difference signal corresponding to the difference of the current angle or position of the control target with respect to the target value. For a control apparatus having a difference signal generation means and a control means for generating the control signal by performing a predetermined arithmetic processing based on a control function for the difference signal generated by the difference signal generation means In a control parameter generation device for supplying control parameters constituting a control function,
Comprising a parameter calculating means for calculating a control parameter for controlling the operation of the controlled object,
The control parameter generation device characterized in that the parameter calculation means calculates the control parameter from a pole of a closed loop transfer function in the closed loop based on an arithmetic expression including a time delay element in the automatic control device.
生成した制御信号に基づいて制御対象の角度又は位置を目標値へ向けて動作制御する閉ループで構成され、上記制御対象の現時点における角度又は位置の上記目標値に対する差分に応じた差分信号を生成する差分信号生成部と、上記差分信号生成部により生成された差分信号につき、制御関数に基づいて所定の演算処理を施すことにより上記制御信号を生成する制御部とを有する制御装置に対して、上記制御関数を構成する制御パラメータを供給するための制御パラメータ生成方法において、
上記制御対象を動作制御するための制御パラメータを演算するパラメータ演算ステップを有し、
上記パラメータ演算ステップでは、上記閉ループにおける閉ループ伝達関数の極から、当該制御装置におけるむだ時間要素を含む演算式に基づいて、上記制御パラメータを演算すること
を特徴とする制御パラメータ生成方法。
Based on the generated control signal, it is configured by a closed loop that controls the operation of the angle or position of the control target toward the target value, and generates a difference signal corresponding to the difference of the current angle or position of the control target with respect to the target value. For a control device having a difference signal generation unit and a control unit that generates the control signal by performing predetermined arithmetic processing based on a control function for the difference signal generated by the difference signal generation unit. In a control parameter generation method for supplying control parameters constituting a control function,
A parameter calculating step for calculating a control parameter for controlling the operation of the controlled object;
In the parameter calculation step, the control parameter is calculated from the pole of the closed loop transfer function in the closed loop based on an arithmetic expression including a time delay element in the control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103823364A (en) * 2014-02-28 2014-05-28 西安费斯达自动化工程有限公司 Method for designing aircraft multi-loop model cluster composite root locus compensating robust controller

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